淺談變電站GPS時鐘同步系統

 作者 夏建勛 張偉 張項

      隨著電網規模的日益擴大，建立一套統一的GPS時鐘同步系統對全網所有設備進行對時意義重大。本文介紹了GPS時鐘同步系統及其在電力系統中的應用情況，并對GPS時鐘同步系統安裝及維護過程中的一些注意事宜進行了闡述。

【關鍵詞】GPS時鐘同步系統,安裝維護

1引言

      隨著電網規模的日益擴大，微機保護和其它自動裝置經長時間運行后其時鐘累計誤差不容忽視，從而使得各種裝置的時間失去同步，進而影響各自動化裝置的正常工作，給電力系統安全穩定運行帶來危害。

      本文介紹了定位系統GPS及其在電網中的應用情況，對其安裝工藝及維護常見問題進行了簡要說明。

2 GPS定位系統

2.1 GPS系統簡介

      GPS是美國新一代衛星導航系統，可全天候連續實時向用戶提供高度的位置、速度和時何信息,GPS系統包括空間、地面控制及用戶設備三部分。

      空間部分即衛星星座，每秒鐘通過L1、L2兩波段發射三種偽隨機碼：C/A碼（粗碼）、P碼（精碼）和Y碼（加密的P碼）。 C/A碼一次定位精度25m,多次定位精度8m，定時精度100ns，*都可以無償使用：P碼一次定位精度l0m，多次定位精度可以達到厘米級，定時精度10ns，只能美國的民用部門使用。

      地面控制部分即地面監控系統，每顆GPS衛星所播發的星歷，是由地面監控系統提供的。地面監控系統另一重要作用是保持各顆衛星處于同一時間標準一GPS時間系統，這就需要地面站監測各顆衛星的時間求出鐘差，然后由地面注入站發給衛星，衛星再由導航電文發給用戶設備。

      用戶設備部分即GPS信號接收機，其任務是：能夠捕獲到按一定衛畐高度截止角所選擇的待測衛星的信號，并跟蹤這些衛星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛星所發送的導航電文，實時地計算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。

2.2 GPS時鐘同步系統在電力系統中的應用

      目前GPS時鐘同步系統主要用校驗時鐘，如全網的繼電保護裝置、故障錄波裝置、其他自動裝置及調度自動化系統都留有GPS授時接口，這些接口和GPS時鐘同步系統連接，裝置內部有自動校時程序，每隔固定時間將裝置本身時鐘和GPS時鐘同步系統作一比較，時間差超過某規定直時，自動以GPS時鐘同步系統為準，修改裝置時鐘（校時步長、時間差由校時程序給定）。這樣，全網的保護裝置及自動裝置都具有統一時鐘，準確記錄每次事故的時間，以便事故調查，并準確定性。

3 GPS時鐘同步系統安裝及維護

3.1變電站GPS時鐘同步系統配置

      變電站GPS時鐘同步系統由標準時間同步鐘本體和時標信號擴展裝置組成。

       以某500kV變電站為例，該站采用上海銳呈生產的K800型GPS時鐘同步系統，實現與全站各種二次系統的統一對時。主時鐘柜設于220kV#2小室，在220kV#2小室和其它保護小室內均設置了一塊擴展時鐘柜。主時鐘柜有兩種時間同步系統輸人，即GPS主時鐘和北斗主時鐘互為備用，主時鐘柜負責接收GPS及北斗天線時鐘并通過兩根光纜將GPS及北斗天線時鐘信號送至各擴展時鐘柜，各擴展時鐘通過輸出接口模塊將時鐘信號送至站內不同的測控、保護、錄波、PMU等各類二次設備。任意一小室的擴展時鐘出問題均不影響其他小室對時，故 

釆用這種方式系統可靠性更高。

3.2 GPS時鐘同步系統安裝注意事項

      GPS時鐘同步系統相對保護裝置來說回路簡單，安裝過程側重于天線安裝工藝、各類纜線的規范標識、裝置上電調試等工序。

3.2.1天線安裝

      天線是GPS的接收器，它的安裝工藝會影響GPS時鐘同步系統時間的正確性，必須通過各種措施來實現GPS時鐘同步系統天線接收信號的完整正確：天線必須保證有足夠的視野來接收GPS信號，安裝的位置應該是在它的上空與水平線呈45度角以外無障礙物的地方，避免安裝在變電站進出母線下，減少強磁電對天線衛星接收的影響；天線高出屋面距離不要超過正確安裝必須的高度，盡可能減少雷擊危險，對可能出現腐蝕和與墻壁發生摩攛的天線的傳輸線裸露部分盡可能使用海綿、泡沬等軟物體裹住裸露部分；天線施放的時候，需注意把天線連接裝置的BNC連接頭用塑料帶及絕緣膠布可靠包裹，避免安放過程中造成損壞，影響天線收星效果，且BNC連接頭要配防雷器，防止雷電串人，GPS時鐘同步系統天線的傳輸線不能彎折，盡量呈弧度放線，傳輸線放線在主控室內的電纜層時，要用扎帶將它固定住，傳輸線到達屏柜后進人放線槽，需用扎帶固定在放線槽內。 

3.2.2各類纜線整理及標示

      GPS屏柜內纜線主要包括電源電纜、至公用測控柜的裝置信號電纜、GPS時鐘同步系統信號輸出電纜、主時鐘柜與擴展時鐘柜之間的聯絡光纜等，為便于今后維護，必須對各類纜線進行規范的整理及標示。

      各類電纜、光纜應排列整齊，不宜交叉，及時加以固定，均可按照電纜吊牌標示規范進行掛牌，即標明電纜編號、電纜型號、起點、 終點即可。

      為便于今后對光纖通道進行維護，光纜應按進終端盒的順序起從左到右標記，尾纖的標記順序也應從左到右排列，當光纜熔接完成后應馬上貼上對應的標簽紙，使裝置跳線與光纜尾纖一一對應起來，一般將每根光纜的前兩根尾纖做為工作尾纖，后兩根做為備用。

3.2_3GPS時鐘同步系統上電調試

      GPS時鐘同步系統通電后，首先檢查主時鐘屏是否正確接收到衛星，然后檢查屏內信號輸出是否無誤，*后檢查保護小室需對時裝置的對時信號是否正常。

      在檢測GPS裝置的輸出時，需先用萬用表直流電壓檔來測試各端子信號輸出電平。如電平輸出無電壓，則確定此輸出是無源脈沖，無源脈沖可用自制的脈沖信號燈直接觀察，正常顯示為一秒閃一次，脈沖信號測試儀只可測試無源脈沖，不能測試其他信號，以免造成對裝置的損壞。有源脈沖及其B碼對時信號可用萬用表直流電壓檔檢查電壓是否一秒有一次變化：有源脈沖用萬用表直流檔測試為每秒一次電壓變化，如24V有源脈沖電壓每秒都會從24V跳動一下；B碼信號電平用萬用表直流檔測量在-0.5V到+2.0V之間不停變化。串口則先用直流檔測試其電壓是否正常，RS232電壓為9V左右，RS4S5電壓為4V左右；電壓正常后可通過串口連接線與筆記本相連，串口連接線GPS裝置端使用串口的3、5腳，接收裝置（筆記本或其它需對時裝置）為串口的2、5腳，通過串口調試助手，測試其報文輸出是否正常。如GPS裝置信號輸出無誤，而保護裝置還是對時不成功，則可查看保護裝置的對時方式是否有誤，保護裝置是否需添加外置對時模塊等。

3. 3 GPS時鐘同步系統維護常見問題

      根據近年來對GPS時鐘同步系統缺陷出現情況進行的統計來看，一般存在以幾類：

(1)接觸不良：電源線接觸不良導致GPS時鐘同步系統運行異常或GPS輸出信號線接觸不好導致裝置對時不準；

(2)天線故障：天線外露部分被咬斷或腐蝕，GPS主時鐘屏面板不顯示接收到的衛星數，GPS裝置天線失步告警、監控后臺報GPS異常；

(3)信號不穩：光纖熔接耦合度不好或天線焊接不好運行1-2年后信號衰減，均會導致此類現象發生；

(4)裝置老化：GPS時鐘同步系統運行年限過長，局部元器件失效造成無法運行。

      針對*類缺陷緊固二次接線即可恢復，在安裝過程中一定要做好擰緊螺絲的工作，同時也要注意對廣家內部配線也要緊固一遍。第二類缺陷需要重新敷設天線，并做好天線外露部分的防腐濁及小動物噬咬措施。第三類缺陷就要在尾纖熔接過程中請工藝水平高的人員進行，使之滿足運行要求，光纖通道標識必須規范，這將為今后更換備用尾纖及重新熔接提供方便。因廠家發貨時已是將天線頭可靠焊接的，盡量不從中減斷天線重新焊接，如天線確實較長，可將其盤繞整理好即可，這樣就可避免天線焊接不好造成信號衰減的現象出現。第四類缺陷，GPS時鐘同步系統廠家對壞的模塊進行更換即可恢復。

4結語

      隨著電力系統往大容量大網絡方面的不斷發展，以及自動化水平的不斷提高，電網對統一標準時間提出了更高的要求。GPS時鐘同步系統由于其高精度的定時功能，將成為電力系統主要的對時方式，同時也將為電力系統的發展奠定堅實的基礎。